59 Pr Praseodym 140,908
Lanthanoid f-Block Periode 6

Praseodym

Pr · Element 59 · Lanthanoid

Eine Seltene Erde, die Schweißerbrillen färbt und mit Neodym legiert beeindruckende Magnete bildet.

Zustand bei 20°C fest
Atommasse 140,908 u
Elektronenkonfiguration[Xe] 4f³ 6s²

Struktur

Das Praseodym-Atom

Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.

Orbitalwolke

Gemessene Werte

Eigenschaftsübersicht

Jeder Balken zeigt, wo Praseodym bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.

Physikalisch

Dichte 6,77 g/cm³ 38%
Schmelzpunkt 1208 K 54%
Siedepunkt 3793 K 81%
Spezifische Wärme 0,193 J/g·K
Wärmeleitfähigkeit 12,5 W/m·K 33%

Atomar

Atomradius 182 pm 70%
Kovalenzradius 203 pm
Van-der-Waals-Radius 239 pm

Elektronisch

Elektronegativität 1,13 14%
Ionisierungsenergie 526,8 kJ/mol 10%
Elektronenaffinität 10,5 kJ/mol 12%

Vorkommen

Häufigkeit in der Erdkruste 9,2 mg/kg 68%

Identität

SymbolPr
Ordnungszahl59
Atommasse140,9077 u
KategorieLanthanoid
Blockf
Kristallstrukturhexagonal
Oxidationsstufen+3, +4
Entdeckt1885
Entdeckt vonCarl Auer von Welsbach

Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.

Größe, maßstabsgetreu

Wie groß ist das Atom von Praseodym?

Radius 182 pm — das entspricht 0,182 nm; etwa 2,75 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.

Temperaturbereich

Fest, flüssig, gasförmig — und wann

Praseodym ist über einen Bereich von 2585 K flüssig, von 1208 K bis 3793 K.

Wo es steht

Position in der Tabelle

Praseodym befindet sich in der Lanthanoid-Serie, die unterhalb des Hauptgitters dargestellt wird.

Andere Lanthanoide

Alle Lanthanoide

Die Geschichte

Was Praseodym ist und wie wir es gefunden haben

Eine Seltene Erde, die Schweißerbrillen färbt und mit Neodym legiert beeindruckende Magnete bildet.

Die Entdeckung von Praseodym

Die Geschichte der Entdeckung

1885 – Die österreichische Verbindung

Carl Auer von Welsbach, ein österreichischer Chemiker und Erfinder, untersuchte Didym, ein vermeintliches Element, das Wissenschaftler jahrzehntelang vor ein Rätsel gestellt hatte. Mithilfe der neu entwickelten Technik der fraktionierten Kristallisation vermutete er, dass Didym kein einzelnes Element war.

Die große Trennung

Durch aufwendige Kristallisationsexperimente trennte Welsbach Didym erfolgreich in zwei eigenständige Elemente. Der Prozess erforderte Hunderte von Rekristallisationen und dauerte Monate.

Die Benennung des „grünen Zwillings“

Welsbach benannte eines der Elemente „Praseodym“, abgeleitet von den griechischen Wörtern „prasios“ (grün) und „didymos“ (Zwilling). Damit bezog er sich auf seine grünen Salze und seine Zwillingsbeziehung zu Neodym, das er gleichzeitig entdeckte.

Das Rätsel des Didyms

Über 40 Jahre lang hatten Wissenschaftler „Didym“ untersucht und angenommen, es handle sich um ein einzelnes Element. Das Rätsel begann 1841, als Carl Mosander es erstmals von Cer trennte. Der Durchbruch gelang, als Welsbach systematische Spektroskopie einsetzte, um die Eigenschaften des vermeintlichen Elements zu untersuchen.

„Das Spektroskop enthüllte Linien, die nicht zu einem einzelnen Element gehören konnten – das Rätsel des Didyms war endlich gelöst.“

— Carl Auer von Welsbach, 1885

Welsbachs Innovationen

Carl Auer von Welsbach war nicht nur ein Entdecker, sondern auch ein Erfinder, dessen Arbeit das tägliche Leben veränderte:

  • Glühstrümpfe: Er erfand den Gasglühstrumpf unter Verwendung von Oxiden Seltener Erden
  • Feuersteine: Er entwickelte die Cer-Eisen-Legierung, die noch heute in Feuerzeugen verwendet wird
  • Glühlampen: Er verbesserte Wolframfilamente für die elektrische Beleuchtung

Wissenschaftliche Bedeutung

Welsbachs Trennung von Praseodym und Neodym bewies, dass sorgfältige analytische Chemie verborgene Komplexität in der Natur sichtbar machen konnte. Seine Techniken wurden zur Grundlage für die Trennung aller Elemente der Seltenen Erden.

Anerkennung und Vermächtnis

Obwohl Welsbach zu Lebzeiten zahlreiche Ehrungen erhielt, darunter die Erhebung in den Freiherrenstand durch den österreichischen Kaiser, werden seine Beiträge zur Chemie der Seltenen Erden oft übersehen. Moderne Hightech-Industrien verdanken ihre Existenz seinen grundlegenden Entdeckungen.

Anwendungen

Wofür Praseodym verwendet wird

Fortschrittliche industrielle Anwendungen

Praseodym ist der „Farbmeister“ der Familie der Seltenen Erden und erzeugt die leuchtendsten Grüntöne in der Materialwissenschaft. Seine einzigartige elektronische Struktur macht es für optische und magnetische Anwendungen unverzichtbar.

Färbung von Glas und Keramik

Praseodymgelbgrün gehört zu den stabilsten und leuchtendsten Farbstoffen, die der Wissenschaft bekannt sind. Anders als organische Farbstoffe, die verblassen, behält Praseodym seine brillante Farbe über Jahrhunderte. Es wird verwendet für:

  • Hochwertiges Architekturglas für markante Gebäude
  • Kunstglas und Buntglas für Kirchen und Museen
  • Spezialkeramik für luxuriöses Tafelgeschirr
  • Schutzbrillen für Schweißer und Glasarbeiter

Magnetische Materialien

Praseodym ist für die Herstellung der stärksten Permanentmagnete der Welt von entscheidender Bedeutung:

  • Neodym-Praseodym-Eisen-Bor-Magnete (NdPrFeB) – stärker als Magnete aus reinem Neodym
  • Motoren von Elektrofahrzeugen (Tesla, Nissan Leaf, Chevy Bolt)
  • Generatoren von Windkraftanlagen für erneuerbare Energie
  • Aktoren von Festplattenlaufwerken zur Datenspeicherung
  • Magnete von MRT-Geräten für die medizinische Bildgebung

Beleuchtungs- und Displaytechnologie

Die einzigartigen optischen Eigenschaften von Praseodym machen es unverzichtbar für:

  • Leuchtstoffe in energieeffizienter Beleuchtung
  • Laserkristalle für industrielle Schneidverfahren und medizinische Eingriffe
  • Optische Verstärker in der Glasfaserkommunikation
  • Spezialfilter für Fotografie und Astronomie

Hightech-Anwendungen

  • Forschung zum Quantencomputing – magnetische Quantenbits
  • Supraleitende Materialien für die Energieübertragung
  • Komponenten von Kernreaktoren zum Nachweis von Neutronen
  • Speziallegierungen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt

Anwendungen im Alltag

Automobiltechnik

  • Magnete für Motoren von Elektrofahrzeugen (Prius, Model S)
  • Generatoren von Hybridfahrzeugen
  • Fortschrittliche Scheinwerfersysteme
  • Motorsteuerungssensoren
  • Komponenten von Katalysatoren

Unterhaltungselektronik

  • Magnete in Computerfestplatten
  • Magnete in Smartphone-Lautsprechern
  • Hochwertige Kopfhörertreiber
  • Elemente von Kameraobjektiven
  • Komponenten von Spielekonsolen

Erneuerbare Energie

  • Generatoren von Windkraftanlagen
  • Nachführsysteme für Solarmodule
  • Energiespeichersysteme
  • Komponenten intelligenter Stromnetze
  • Motoren von Elektrofahrrädern

Dekorative und künstlerische Anwendungen

  • Kunstglas und Skulpturen
  • Luxuriöses Keramikgeschirr
  • Architektonische Glaselemente
  • Färbung von Schmuck und Edelsteinen
  • Buntglasfenster

Professionelle Ausrüstung

  • Schutzbrillen zum Schweißen
  • Wissenschaftliche Instrumente
  • Optische Präzisionsgeräte
  • Industrielle Lasersysteme
  • Analytische Geräte

Marktdynamik

Die Preise für Praseodym sind aufgrund des begrenzten Angebots und der steigenden Nachfrage aus der Elektrofahrzeugindustrie äußerst volatil. Ein typisches Elektroauto benötigt in seinen verschiedenen Komponenten 200–600 Gramm Praseodym.

Woher es stammt

Natürliches Vorkommen

9,2 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 68 % der Elemente

Natürliches Vorkommen

Praseodym ist eines der selteneren Elemente der Seltenen Erden und macht in Erzvorkommen nur etwa 5 % des gesamten Lanthanoidanteils aus. Obwohl es als „selten“ gilt, ist es dennoch häufiger als Silber oder Quecksilber.

Häufigkeitsstatistiken

  • Erdkruste: 9,2 Teile pro Million (ppm)
  • Rang: 39. häufigstes Element
  • Meerwasser: 6,4 × 10⁻⁷ ppm
  • Verteilung der Seltenen Erden: 5 % der gesamten Lanthanoide

Wichtige Mineralquellen

Bastnäsit

Chemische Formel: (Ce,La,Pr,Nd)CO₃F
Pr-Anteil: 4–6 %
Wichtige Quelle: Mountain Pass (USA), Bayan Obo (China)

Monazit

Chemische Formel: (Ce,La,Nd,Th)PO₄
Pr-Anteil: 3–5 %
Vorkommen: Strandsandvorkommen, Seifenlagerstätten

Xenotim

Chemische Formel: YPO₄ (mit Pr-Substitution)
Pr-Anteil: 1–3 %
Spezialquelle: Schwermineralsande

Globale Produktion

  • China: 85 % der Weltproduktion (Innere Mongolei, Jiangxi)
  • Vereinigte Staaten: Mine Mountain Pass (Wiederbelebung des Abbaus Seltener Erden)
  • Australien: Mount-Weld-Projekt (Aufbau von Kapazitäten)
  • Indien: Strandsandgewinnung in Orissa und Kerala
  • Brasilien: Alkalische Komplexe in Minas Gerais
  • Südafrika: Mine Steenkampskraal (Potenzial)

Geologische Bildung

Praseodym bildet sich in Karbonatitkomplexen und alkalischen magmatischen Intrusionen durch extreme magmatische Differentiation. Das Element reichert sich während spätphasiger Kristallisationsprozesse an und ist oft mit fluorhaltigen Fluiden verbunden.

Recyclingquellen

  • Magnete aus Altgeräten von Festplatten und Motoren
  • Produktionsabfälle aus der Magnetherstellung
  • Recycling elektronischer Geräte (Lautsprecher, Sensoren)
  • Rückgewinnung aus Automobilkomponenten von Hybridfahrzeugen

Die Recyclingeffizienz ist derzeit niedrig (5–10 %), verbessert sich jedoch aufgrund steigender Preise und Versorgungsbedenken rasch.

Herausforderungen in der Lieferkette

Praseodym ist aufgrund der geografischen Konzentration der Produktion und der technischen Schwierigkeit, es von anderen Elementen der Seltenen Erden zu trennen, erheblichen Risiken in der Lieferkette ausgesetzt. Die Verarbeitung erfordert anspruchsvolle chemische Trennverfahren.

Handhabung

Sicherheit

Sicherheitsinformationen

Mittlere Gefahrenstufe

Praseodymverbindungen müssen aufgrund des Risikos einer Sensibilisierung der Atemwege und der Haut sowie der Brandgefahr in metallischer Form sorgfältig gehandhabt werden.

Brand- und Reaktivitätsgefahren

Praseodymmetall: In fein verteiltem Zustand hochpyrophor.

  • Kann sich bei Raumtemperatur an der Luft spontan entzünden
  • Reagiert heftig mit Wasser und erzeugt Wasserstoffgas
  • Unter Mineralöl oder inerter Atmosphäre lagern
  • Feuerlöscher der Klasse D erforderlich (niemals Wasser verwenden!)

Risiken für die Atemwege

  • Akute Exposition: Reizung der Atemwege, Husten
  • Chronische Exposition: Mögliche Pneumokoniose (Vernarbung der Lunge)
  • Sensibilisierung: Kann bei empfindlichen Personen allergische Reaktionen auslösen
  • Schutz: Von NIOSH zugelassene Atemschutzmasken mit P100-Filtern verwenden

Haut- und Augenkontakt

  • Haut: Kann Reizungen und Sensibilisierung verursachen
  • Augen: Starke Reizung und mögliche Hornhautschädigung
  • Aufnahme: Begrenzte Aufnahme über die Haut, längerer Kontakt sollte jedoch vermieden werden
  • PSA: Nitrilhandschuhe und dicht abschließende Schutzbrillen erforderlich

Verhalten im Notfall

Metallbrand

Feuerlöscher der Klasse D oder trockenen Sand verwenden. Bereich evakuieren. Niemals Wasser verwenden – es verursacht eine heftige Reaktion.

Einatmen

Sofort an die frische Luft bringen. Auf verzögert auftretende Auswirkungen auf die Atemwege achten. Ärztliche Hilfe suchen.

Augenkontakt

15 Minuten lang mit sauberem Wasser spülen. Augenlider offen halten. Kontaktlinsen entfernen, sofern dies gefahrlos möglich ist.

Hautkontakt

Gründlich mit Wasser und Seife waschen. Kontaminierte Kleidung sofort ausziehen.

Lagerung und Handhabung

  • Metallische Form: Unter Mineralöl in verschlossenen, inerten Behältern lagern
  • Verbindungen: Kühl und trocken, fern von Säuren und Feuchtigkeit lagern
  • Unverträgliche Stoffe: Starke Säuren, Oxidationsmittel und Wasser
  • Belüftung: Bei der Handhabung eine lokale Absaugung verwenden

Auswirkungen auf die Umwelt

Ökotoxizität: Praseodymverbindungen können für Wasserorganismen giftig sein. Eine Freisetzung in Gewässer und Böden verhindern. Ausschließlich über zugelassene Einrichtungen für gefährliche Abfälle entsorgen.

Spezielle Ausrüstung für die Handhabung

  • Handschuhboxen mit inerter Atmosphäre für die Handhabung des Metalls
  • Explosionsgeschützte elektrische Geräte in Arbeitsbereichen
  • Notdusche und Augenspülstationen in der Nähe
  • Feuerlöscher der Klasse D in unmittelbarer Reichweite

Schnelle Antworten

Praseodym: häufige Fragen

Was ist Praseodym?

Praseodym (Symbol Pr) ist Element 59 im Periodensystem, ein Lanthanoid in der 6. Eine Seltene Erde, die Schweißerbrillen färbt und mit Neodym legiert beeindruckende Magnete bildet. Bei Raumtemperatur ist es fest.

Wie lautet die Elektronenkonfiguration von Praseodym?

Die Elektronenkonfiguration von Praseodym im Grundzustand ist [Xe] 4f³ 6s²; sie ergibt 6 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 21, 8, 2.

Wie hoch sind der Schmelz- und der Siedepunkt von Praseodym?

Praseodym schmilzt bei 1208 K (934.9 °C) und siedet bei 3793 K (3519.9 °C).

Wie hoch ist die Atommasse von Praseodym?

Die Standardatommasse von Praseodym beträgt 140.908 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.

Wie hoch ist die Dichte von Praseodym?

Praseodym hat eine Dichte von 6.77 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1.0 g/cm³, daher ist ein Block aus Praseodym ungefähr 6.8× schwerer.

Wie hoch ist die Elektronegativität von Praseodym?

Praseodym hat eine Elektronegativität von 1.13 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Ein so niedriger Wert bedeutet, dass es seine Außenelektronen leicht abgibt und dabei positive Ionen bildet.

Wer entdeckte Praseodym und wann?

Praseodym wurde 1885 von Carl Auer von Welsbach entdeckt. Es ist nach griechisch prasios didymos, „grüner Zwilling“ benannt.

Wie häufig kommt Praseodym auf der Erde vor?

Praseodym macht Über 9.2 mg/kg der Erdkruste aus — nicht häufig, aber auch nicht selten.